JP2576574B2 - Bipolar transistor - Google Patents

Bipolar transistor

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JP2576574B2 JP5773988A JP5773988A JP2576574B2 JP 2576574 B2 JP2576574 B2 JP 2576574B2 JP 5773988 A JP5773988 A JP 5773988A JP 5773988 A JP5773988 A JP 5773988A JP 2576574 B2 JP2576574 B2 JP 2576574B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 ヘテロ接合を有するバイポーラトランジスタの構造に
関し、 結晶欠陥を減少させた構造とすることを目的とし、 一導電型Si(シリコン)よりなるエミッタ領域上に、
反対導電型SixGe1-x(シリコンゲルマニウム)混晶より
なるベース領域が設けられ、該ベース領域に不純物を拡
散または注入した一導電型コレクタ領域を有し、且つ、
前記SixGe1-xよりなるベース領域のx値がエミッタ側か
らコレクタ側に向つて1から次第に減少する混晶組成を
有することを特徴とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] Regarding the structure of a bipolar transistor having a heterojunction, an object is to reduce the number of crystal defects.
A base region made of an opposite conductivity type SixGe 1-x (silicon germanium) mixed crystal is provided, and the base region has a one conductivity type collector region in which impurities are diffused or implanted, and
The base region of SixGe 1-x has a mixed crystal composition in which the x value gradually decreases from 1 from the emitter side to the collector side.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明はヘテロ接合を有するバイポーラトランジスタ
の構造に関する。
The present invention relates to a structure of a bipolar transistor having a heterojunction.

今後の高速LSI(大規模集積回路)として、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ(HBT)が注目されて、検討
されている。
Heterojunction bipolar transistors (HBTs) are attracting attention and are being studied as future high-speed LSIs (large-scale integrated circuits).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

さて、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのうち、Si
Ge(シリコンゲルマニウム)混晶よりなるベースを設け
たヘテロ接合バイポーラトランジスタが知られており、
第3図はその従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の断面概要図を示している。図中の1はn+−Siコレクタ
領域,2はp−SixGe xベース領域,3はn+−SixGe xエミッ
タ領域,4は絶縁膜,5は多結晶シリコン膜,1Eはコレクタ
電極,2Eはベース電極,3Eはエミッタ電極で、この構造の
形成にはコレクタ領域1にp−SiGe1-x(例えば、x値
が0.7から1に増加する)ベース領域2(グレーデッド
ベース)をヘテロエピタキシャル成長し、そのベース領
域に不純物を拡散または注入してミエッタ領域3を形成
する方法が用いられる。
Now, among the heterojunction bipolar transistors, Si
A heterojunction bipolar transistor provided with a base made of Ge (silicon germanium) mixed crystal is known.
FIG. 3 is a schematic sectional view of the conventional heterojunction bipolar transistor. In the figure, 1 is an n + -Si collector region, 2 is a p-SixGe x base region, 3 is an n + -SixGe x emitter region, 4 is an insulating film, 5 is a polysilicon film, 1E is a collector electrode, and 2E is The base electrode 3E is an emitter electrode. To form this structure, a p-SiGe 1-x (for example, x value increases from 0.7 to 1) base region 2 (graded base) is heteroepitaxially grown on the collector region 1. A method of diffusing or implanting impurities into the base region to form the emitter region 3 is used.

そのうち、ベース領域はグレーデッドベース領域であ
り、SixGe1-x混晶のx値をコレクタ側からエミッタ側に
向かつて増加させており、従って、エネルギーバンドギ
ャップEgはエミッタ側からコレクタ側に向かつて小さく
なつて内臓電界が形成されており、そのため、小数キャ
リアのベース走行時間が短縮されて、トランジスタが高
速化できる構造である。
Among them, the base region is a graded base region, and the x value of SixGe 1-x mixed crystal is increased from the collector side toward the emitter side. A small built-in electric field is formed, so that the base transit time of the minority carrier is reduced, and the transistor can operate at high speed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところが、上記構造の従来のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタにおいては、コレクタ領域に接したベース領
域の接合部のSi量が少なく、例えば、x値が0.5〜0.7程
度と小さくて、他のGe量が多いためにコレクタ領域とベ
ース領域との格子定数の相違が大きく、良好なエピタキ
シャル成長層がえられずに、ベース領域に多数の結晶欠
陥を生じるという欠点がある。このような欠陥はトラン
ジスタ特性を劣化させる原因となる。
However, in the conventional heterojunction bipolar transistor having the above structure, the amount of Si at the junction of the base region in contact with the collector region is small, for example, the x value is as small as about 0.5 to 0.7, and the amount of other Ge is large. However, there is a disadvantage that the lattice constant of the collector region and the base region is largely different from each other, so that a good epitaxial growth layer cannot be obtained and a large number of crystal defects occur in the base region. Such a defect causes deterioration of transistor characteristics.

本発明はこのような結晶欠陥を減少させた構造構造の
バイポーラトランジスタを提案するものである。
The present invention proposes a bipolar transistor having a structure with reduced crystal defects.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

その目的は、一導電型Siよりなるエミッタ領域上に、
反対導電型SixGe1-x混晶よりなるベース領域が設けら
れ、該ベース領域に不純物を拡散または注入した一導電
型コレクタ領域を有し、且つ、前記SixGe1-xよりなりベ
ース領域のx値がエミッタ側からコレクタ側に向つて1
から次第に減少する混晶組成を有するバイポーラトラン
ジスタによつて達成される。
Its purpose is to form an emitter region consisting of one conductivity type Si,
A base region made of an opposite conductivity type SixGe 1-x mixed crystal is provided, the base region has a one conductivity type collector region in which impurities are diffused or implanted, and the x value of the base region made of the SixGe 1-x Is 1 from the emitter side to the collector side.
This is achieved by a bipolar transistor having a mixed crystal composition that gradually decreases from the same.

〔作 用〕(Operation)

即ち、本発明は、従来構造のコレクタとエミッタとを
逆にした構造とするもので、エミッタ領域に接するベー
ス領域の接合部のSi量を多くして、例えば、x値を1と
して格子定数を等しくし、コレクタ側に進むに従つてGe
量を多くして格子定数を変化させる構造にする。そうす
ると、欠陥の少ない結晶品質の良いエピタキシャル成長
層が形成され、ベース領域の結晶欠陥が減少して、トラ
ンジスタ特性を向上させることができる。
That is, the present invention has a structure in which the collector and the emitter of the conventional structure are reversed. Equal and follow the collector to Ge
A structure in which the amount is increased to change the lattice constant. Then, an epitaxial growth layer with few defects and good crystal quality is formed, and crystal defects in the base region are reduced, so that transistor characteristics can be improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して実施例により詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明にかかるヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタの断面概要図を示し、11はn+−SixGe xコレクタ
領域,12はp−SixGe xベース領域,13はn+−Siエミッタ
領域,14は絶縁膜,15は多結晶シリコン層,1Eはコレクタ
電極,2Eはベース電極,3Eはエミッタ電極である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction bipolar transistor according to the present invention, in which 11 is an n + -SixGe x collector region, 12 is a p-SixGe x base region, 13 is an n + -Si emitter region, and 14 is an insulating region. The film, 15 is a polycrystalline silicon layer, 1E is a collector electrode, 2E is a base electrode, and 3E is an emitter electrode.

この構造はエミッタ領域13にp−SixGe1-x(x値が1
から0.7に減少する)ベース領域12をヘテロエピタキシ
ャル成長し、そのベース領域に不純物を拡散または注入
してコレクタ領域11を形成しており、従って、従来と同
様に、ベース領域12はSixGe1-x混晶のx値がエミッタ側
からコレクタ側に向かつて減少して、エネルギーバンド
ギャップEgをエミッタ側からコレクタ側に向かつて小さ
くして内蔵電界を形成させている。そのため、第3図に
示す従来の構造と同様にベース走行時間が短くなつて、
トランジスタは高速化される。
In this structure, p-SixGe 1-x (x value is 1)
The base region 12 is heteroepitaxially grown, and impurities are diffused or implanted into the base region to form the collector region 11. Therefore, as in the conventional case, the base region 12 is mixed with SixGe 1-x. The x value of the crystal decreases from the emitter side to the collector side, and the energy band gap Eg decreases from the emitter side to the collector side to form a built-in electric field. Therefore, as in the conventional structure shown in FIG.
The speed of the transistor is increased.

且つ、エミッタ領域13をn+−Si基板にして、その上に
結晶成長してp−SixGe1-x(x値は1から0.7に減少す
る)ベース領域12(グレーデッドベース)をヘテロエピ
タキシャル成長するために、エミッタ領域に接するベー
ス領域の格子定数が等しく、コレクタ側に進むに従って
格子定数は徐々に差が出てくる構造となり、従来のよう
な急激な格子定数の変化はなく、従って、結晶欠陥の少
ないベース領域が形成されて、トランジスタ特性が改善
される。
In addition, the emitter region 13 is made to be an n + -Si substrate, and a crystal is grown thereon to heteroepitaxially grow a p-SixGe 1-x (x value decreases from 1 to 0.7) base region 12 (graded base). Therefore, the lattice constant of the base region in contact with the emitter region is equal, and the lattice constant gradually becomes different as it goes to the collector side. A base region with a small number is formed, and the transistor characteristics are improved.

次に、第2図(a)〜(e)はそのトランジスタの形
成工程順断面図を示している。
Next, FIGS. 2 (a) to 2 (e) are cross-sectional views in the order of the process of forming the transistor.

第2図(a)参照;蒸着法またはMBE法によつてn+−S
i基板13(ρ=0.001 Ωcm)上にp−SixGe1-x(x=1
〜0.7)ベース領域12(膜厚 100nm)をエピタキシャル
成長する。この時、蒸着法によるエピタキシャル成長を
おこなう場合は、蒸着装置の真空度を10-9Torr以下に
し、基板13を加熱して基板面の自然酸化膜を除去した
後、基板温度を650℃とし、E型電子銃によつてSiソー
スとGeソースとを別々に加熱し蒸発させて、その蒸着量
をモニターしながらX値を1から0.7に徐々に変化させ
る。また、ドーパントとしてGaソースを添加して1019/c
m3程度含有させつp型にする。
See FIG. 2 (a); n + -S by vapor deposition or MBE.
p-SixGe 1-x (x = 1) on an i-substrate 13 (ρ = 0.001 Ωcm)
0.7) Epitaxially grow the base region 12 (100 nm thick). At this time, when epitaxial growth is performed by the vapor deposition method, the degree of vacuum of the vapor deposition apparatus is set to 10 −9 Torr or less, the substrate 13 is heated to remove a natural oxide film on the substrate surface, the substrate temperature is set to 650 ° C. The Si source and the Ge source are separately heated and evaporated by a type electron gun, and the X value is gradually changed from 1 to 0.7 while monitoring the amount of deposition. Also, 10 19 / c
m 3 approximately contained to furuncle p-type.

第2図(b)参照;次いで、リソグラフィ技術を用
い、レジスト膜マスク(図示せず)をベース領域に被覆
し、反応性イオンエッチングによつてエッチングしてベ
ース領域以外の部分を除去する。
Then, referring to FIG. 2 (b); a resist film mask (not shown) is applied to the base region using lithography, and the portion other than the base region is removed by etching by reactive ion etching.

第2図(c)参照;次いで、化学気相成長(CVD)法
によつてSiO2膜からなる絶縁膜14(膜厚400nm)を堆積
した後、リソグラフィ技術を用いてコレクタ領域部分の
絶縁膜14を選択的に除去して、コレクタ領域を露出させ
る。
Next, as shown in FIG. 2C, an insulating film 14 (thickness: 400 nm) made of a SiO 2 film is deposited by a chemical vapor deposition (CVD) method, and then an insulating film in a collector region portion is formed by using a lithography technique. 14 is selectively removed to expose the collector region.

第2図(d)参照;次いで、CVD法によつてn+型の多
結晶シリコン膜15を堆積し、950℃,20分間の熱処理して
n+SixGe1-xコレクタ領域11を形成する。
Then, an n + -type polycrystalline silicon film 15 is deposited by a CVD method and heat-treated at 950 ° C. for 20 minutes.
An n + SixGe 1-x collector region 11 is formed.

第2図(e)参照;次いで、コレクタ領域以外の多結
晶シリコン膜15をリソグラフィ技術を用いて除去し、次
に、再度のリソグラフィ技術を用いてリング状ベース電
極形成部分を絶縁膜14を除去する。
Next, as shown in FIG. 2 (e), the polycrystalline silicon film 15 other than the collector region is removed by using a lithography technique, and then the portion where the ring-shaped base electrode is to be formed is removed by using the lithography technique again. I do.

しかる後、図示していないが、アルミニウムを被着
し、パターンニングして表面にコレクタ電極1E,リング
状ベース電極2E,基板裏面にエミッタ電極3Eを設けて、
第1図に示すように完成させる。
Thereafter, although not shown, aluminum is deposited and patterned to provide a collector electrode 1E on the front surface, a ring-shaped base electrode 2E, and an emitter electrode 3E on the back surface of the substrate,
Complete as shown in FIG.

上記が本発明にかかる一実施例の構造と形成方法であ
るが、この実施例によればベース領域中の欠陥数が3.5
×1017/m3から約1×1017/m3程度に減少し、その欠陥に
よる再結合電流が少なくなつて、電流利得が約3.5倍に
増大する効果が得られた。
The above is the structure and forming method of one embodiment according to the present invention. According to this embodiment, the number of defects in the base region is 3.5
The effect was reduced from × 10 17 / m 3 to about 1 × 10 17 / m 3 , and the recombination current due to the defect was reduced to increase the current gain by about 3.5 times.

なお、本実施例はnpn型トランジスタで説明したが、p
np型トランジスタにも適用できることは当然である。
Although this embodiment has been described with reference to an npn transistor,
Naturally, it can be applied to an np-type transistor.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明から明らかなように、本発明にかかるバイ
ポーラトランジスタはベース領域に内蔵電界を形成し
て、キャリアのベース走行時間を速くし、且つ、グレー
デッドベースが結晶欠陥の少ない構造となるから、この
ようなトランジスタによつてLSIを構成すれば、その性
能向上が図れるものである。
As is apparent from the above description, the bipolar transistor according to the present invention forms a built-in electric field in the base region, speeds up the base transit time of carriers, and has a structure in which the graded base has few crystal defects. If an LSI is constituted by such transistors, the performance can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明にかかるヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの断面概要図、 第2図(a)〜(e)は本発明にかかるトランジスタの
形成工程順断面図、 第3図は従来のヘテロ接合バイポータトランジスタの断
面概要図である。 図において、 11はn+−SixGe1-xコレクタ領域、 12はp−SixGe1-x(x=1〜0.7)ベース領域、 13はn+−Siエミッタ領域、又は、n+−Si基板、 14は絶縁膜、 15は多結晶シリコン膜、 1Eはコレクタ電極、 2Eはベース電極、 3Eはエミッタ電極 を示している。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction bipolar transistor according to the present invention, FIGS. 2 (a) to 2 (e) are cross-sectional views of a transistor according to the present invention in the order of forming steps, and FIG. 3 is a conventional heterojunction bipolar transistor. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a transistor. In the figure, 11 is an n + -SixGe 1-x collector region, 12 is a p-SixGe 1-x (x = 1 to 0.7) base region, 13 is an n + -Si emitter region or an n + -Si substrate, 14 is an insulating film, 15 is a polycrystalline silicon film, 1E is a collector electrode, 2E is a base electrode, and 3E is an emitter electrode.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一導電Si(シリコン)よりなるエミッタ領
域上に、反対導電型SixGe1-x(シリコンゲルマニウム)
混晶よりなるベース領域が設けられ、該ベース領域に不
純物を拡散または注入した一導電型コレクタ領域を有
し、且つ、前記SixGe1-xよりなるベース領域のx値がエ
ミッタ側からコレクタ側に向つて1から次第に減少する
混晶組成を有することを特徴とするバイポーラトランジ
スタ。
1. An opposite conductivity type SixGe 1-x (silicon germanium) is formed on an emitter region made of one conductive Si (silicon).
A base region made of a mixed crystal is provided, the base region has a one conductivity type collector region in which impurities are diffused or implanted, and the x value of the SixGe 1-x base region is changed from the emitter side to the collector side. A bipolar transistor having a mixed crystal composition gradually decreasing from 1.
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